Onde d’urto senza collisioni: atomi pesanti a temperature infernali

A produrre l’eccezionale aumento di temperatura sono le onde d’urto (o shock) di tipo non collisionale prodotte dall’esplosione della supernova quando investono il mezzo interstellare

In uno studio pubblicato oggi sulla rivista Nature Astronomy, un gruppo di astronomi guidato da Marco Miceli, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e Chimica dell’Università degli Studi di Palermo e associato INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Palermo, riporta l’osservazione del processo di riscaldamento estremo, fino ad alcune centinaia di milioni di Kelvin, che subiscono ioni di atomi pesanti nelle regioni dove oggi si trova il resto della supernova 1987A. A produrre l’eccezionale aumento di temperatura sono le onde d’urto (o shock) di tipo non collisionale prodotte dall’esplosione della supernova quando investono il mezzo interstellare. Fra i co-autori dello studio afferenti all’INAF figurano anche Salvatore Orlando e Fabrizio Bocchino (Osservatorio Astronomico di Palermo) e gli associati INAF Giovanni Peres, Fabio Reale e Costanza Argiroffi.
Gli shock, ovvero onde d’urto che si propagano a velocità supersonica, sono di grande interesse tra gli astronomi perché sono presenti in un’ampia gamma di sorgenti e ambienti, sia nel nostro Sistema solare che nelle galassie, su scala cosmologica. Gli shock astrofisici differiscono da quelli osservabili sulla Terra perché si manifestano in condizioni estreme, non riproducibili sul nostro pianeta.
Miceli spiega: “Mentre nell’atmosfera terrestre il riscaldamento dovuto all’interazione con l’onda d’urto è mediato dalle collisioni fra le molecole dell’aria, negli ambienti astrofisici le collisioni fra particelle non sono efficaci, viste le basse densità in gioco (gli shock sono quindi detti ‘non collisionali’) e il meccanismo di riscaldamento è associato a fluttuazioni elettromagnetiche e ad onde di plasma”.
Per studiare questo processo, il gruppo ha utilizzato la supernova esplosa nel 1987 nella Grande Nube di Magellano come un vero e proprio laboratorio cosmico, sfruttando la presenza di onde d’urto ad alta velocità e l’intensa emissione elettromagnetica delle regioni interessate dal passaggio di shock. “In particolare – aggiunge Miceli – abbiamo misurato gli effetti dell’accelerazione di ioni pesanti nel fronte di shock dimostrando che, a differenza di quanto accade sulla Terra, gli ioni più pesanti vengono riscaldati molto più di quelli leggeri e che la temperatura post-shock cresce linearmente con la massa ionica”.
Il risultato è stato ottenuto grazie all’analisi di spettri nei raggi X ad alta risoluzione (osservati con il satellite Chandra della NASA) e allo sviluppo di un modello idrodinamico tridimensionale (implementato nell’ambito del progetto europeo di supercalcolo PRACE, presso il supercalcolatore MareNostrum III di Barcellona). I dati forniscono un importante aiuto per lo studio della microfisica dei plasmi negli shock astrofisici.
L’articolo “Collisionless shock heating of heavy ions in SN 1987A” di Marco Miceli (Dipartimento di Fisica e Chimica Università degli Studi di Palermo; INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo) et al. è stato pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.
IMMAGINI
La figura mostra la distribuzione di densità del plasma che emette in raggi X derivata dalla simulazione idrodinamica di SN 1987A, con sovrapposta l’immagine nei reggi X corrispondente (che si vede come emissione diffusa). Crediti: Miceli et al., Nature Astronomy
Il ricercatore Marco Miceli, Dipartimento di Fisica e Chimica dell’Università degli Studi di Palermo e associato INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Palermo
Per ulteriori informazioni:
Ufficio stampa INAF

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